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문제 정의
- 그리고 이 글의 후반부에는 향후 CO2의 해양 처리 (CO2 해양분사 및 저류의 경우)에 따른 생태계 피해를 최소화하기 위해서는 어떠한 선행 연구가 필요한 지에 대한 고찰과 제언을 담았다.
- 본 논문에서는 먼저 대기중 C6 증가 또는 액화 CO2의 해수유입에 의한 해수내 용존 co2 농도 증가가 해양 생물 및 생태계에 미칠 수 있는 가에 대한 국내외 연구 결과들을 소개하고, 용존 CO2의 생리생화학적 영향이 나타나는 과정에 대해 설명하고자 한다. 그리고 이 글의 후반부에는 향후 CO2의 해양 처리 (CO2 해양분사 및 저류의 경우)에 따른 생태계 피해를 최소화하기 위해서는 어떠한 선행 연구가 필요한 지에 대한 고찰과 제언을 담았다.
- 규명이 거의 이루어지지 않았다. 해양생물에 대한 용존 CO2 증가 및 산성화의 영향을 규명하기 위하여 본 연구진은 대표적인해양성 발광미생물인 Vibrio Jischeri와 저서단각류인 Monocorophium acherusicum에 대한 고농도의 CO의 급성독성영향을 평가하였다.
제안 방법
- 또한 용존 CO2 자체는 생물에 흡수되어 세포내 pH 와 물질수송 과정에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는이와 관련된 여러 생물학적 영향에 대한 연구결과들을 1) 해수 산성화에 따른 생물 영향과 2) 대기 또는 해수내 C6 농도 증가에 따른 생물 영향 그리고 3) 해수내 탄산염 농도 감소에 따른 생물영향으로 구분하여 살펴보도록 하겠다.
- 4인 인공해수(35 psu)에 넣고, 30분간 배양한 다음 발광도를 비교하였다. 또한 염산(HC1)으로 산성화된 해수와 CO2로 산성화된 해수의 영향을 비교하기 위하여, 염산을 일정량씩 투여하여 해수의 pH가 2.9-8.0의 범위가 되도록 산성화한 다음 같은 방법으로 미생물을 30분간 배양한 다음 발광도를 비교하였다. 시험결과 발광미생물의 상대발광도는 pH 6.
- 본 연구에서 발광미생물에 대한 시험 방법은 기본적으로 ISO protocol에 따라 N-tox 측정기기를 이용하여 실시하였다(ISO[1998]). 시험방법을 간략하게 설명하면, 건조된 미생물 시약을 활성화한 용액을 CO와 공기의 혼합기체로폭기하여, pCO2 (kPa)가 0.04, 2.1, 5.6, 18.8, 53.7이고 pH가 각각 8.0, 6.6, 6.2, 5.8, 5.4인 인공해수(35 psu)에 넣고, 30분간 배양한 다음 발광도를 비교하였다. 또한 염산(HC1)으로 산성화된 해수와 CO2로 산성화된 해수의 영향을 비교하기 위하여, 염산을 일정량씩 투여하여 해수의 pH가 2.
- 저서 단각류에 대한 C6 노출시험은 3회에 걸쳐 실시되었는데, 1회에서는 pH가 4.98, 5.02, 5.11, 7.74, 7.81가 되도록, 2회에서는 pH가 5.19, 5.38, 6.41, 8.17이 되도록, 그리고 3회에서는 pH가 5.43, 5.69, 6.03, 7.92, 8.()1이 되도록 CO2와 공기의 혼합기체로 폭 기한 다음 저서단각류를 각각 10 개체씩 투여하여 24시간 동안 배양하였다. 이와 별도로 염산으로 pH가 4-8의 범위를 갖도록 산성화된 해수에서도 단각류를 동일한 방법으로 배양하였다.
- [2004]). 저자들은 2001년 해저 퇴적물에 48 cm 지름의 원형관을 15 cm 높이로 설치하고 ROV를 이용해 약 한달간 주기적으로 액화 CO2를 주입한 다음, C6 노출이전과 이후의 저서중형동물 군집의 조성 변화를 조사하였다. 조사 결과 fllagelates, amoebae, nematodes를 포함한 많은 중형동물군의 생물량이 CO2 주입시 유의하게 감소하는 특징을 보였다(Barry et al.
이론/모형
- 2a). 반수영향농도는 linear interpolation 방법(U.S.EPA[1994]) 을 이용하여 산출하였다.
- fischeri를 이용한 표준독성시험법이 개발되어왔고(이, 2002), 발광도 측정을 위해 여러 제품이 상용화되어 왔는데, 대표적으로 Strategic Diagnostics, Inc의 Microtox®와 Lumitox Gulf, LC의 Lumitox가 있고, 국내에는 최근 (쥐 네오엔비즈가 개발한 N-tox가 있다. 본 연구에서 발광미생물에 대한 시험 방법은 기본적으로 ISO protocol에 따라 N-tox 측정기기를 이용하여 실시하였다(ISO[1998]). 시험방법을 간략하게 설명하면, 건조된 미생물 시약을 활성화한 용액을 CO와 공기의 혼합기체로폭기하여, pCO2 (kPa)가 0.
성능/효과
- 6의 pH 범위에서 25% 성장저해가 나타났다. 같은 연구에서 선충류(nematode)는 CQ에 상대적으로 둔감하여 pH가 6.2인 해수에서도 대조구(pH 8.0)와 비교해 생존률의차이가 나타나지 않았고, pH가 5.4 이하인 경우에 비로소 유의한사망이 관찰되었다. 두 종의 요각류(copepode)를 이용한 시범적인연구에서는 대기중 CO2 농도를 일정하게 유지할 때 이에 평형을이룬 해수에서 배양한 요각류의 생존율과 생식율(egg production) 을 농도별로 비교하였다(Kurihara et a/.
- [1999]). 결론적으로 저자들은 액화 CO의 해수 방출이 해수의 pH를 최대 5.5 수준까지일시적으로 낮아졌음에도 불구하고, 직접적으로 유영생물에게 피해를 주거나 혹은 유영생물이 액화 CO2를 피하는 행동을 보이지않았다고 보고하고 있다. 이후 보다 장기적인 CO2 영향을 관찰하기 위한 실험이 상기 연구와 동일한 연구진에 의해 수심 3600 m 에서 실시되었다(Barry et *.
- 두 시험종의 고농도의 CO2 유입 해수에 대한 독성시험에서 비록 급성영향이지만 일정 수준 이상의 CO2 농도에 노출시 발광도 감소나 사망과 같은 생물저해영향이 나타남을 알 수 있었다. 하지만 저해영향이 나타나는 농도수준은 대기중 CO2 증가에 의해서는 현실적으로 나타나기 어려운 수준으로 파악되며, CO2를 심해에투기되는 조건에서는 투기지점 부근에 제한적인 시공간적 범위에서는 존재할 수 있는 농도 수준으로 볼 수 있다.
- 이 연구에서는 CO2와 염산을 이용하여 개별적으로 해수를 산성화한 다음 실험에 이용하였는데, 산성화 방법과 관계없이 동일한 pH 수준에서는 유사한 수준의 저해가 나타났다. 따라서, 성게의 수정률과 유생성장률은 CO2에 의한 산성화(pH 감소)가 유생발생 저해의 직접적인 원인임을 알 수 있었다.
- 실험결과 동일한 조건에서 심층종이 표층종에 비해 CO2에 보다 더 둔감한 것으로 나타났다. 또한 적도에 가까운 정점보다 극에 가까운 정점에서 채취한 요각류가 더 둔감한 것으로 나타났다. 이 연구는 비록 고압 탱크는 쓰지 않았지만, 자연적으로 용존 CO2의 농도가 높은 극지방 부근 또는 심층에 서식하는 요각류는 CO2의 증가에 대한 내성이 상대적으로 높음을 보여준 거의 유일한 연구로서 , 이 연구의 결과들은 기존의 가정들' - 심해생물이 표층수의 생물보다 pH 변화 등 환경적 변화에 더 민감할 것임(e.
- [2004]). 생존율은 CCb 농도가 10000 ppm인 경우 유의한 영향이 있었고, 생식율은 5000 ppm에서도 유의한 영향이 나타났지만, 2000 ppm 하에서 배양한 경우에는 유의한 영향이 나타나지 않았다. 유사한 방법2로 이매패류인 Mytilus ediilis를 크기별로 두 그룹으로 나누어 23일간 배양한 다음 성장률을 비교한 실험에서, 두 크기그룹 모두 pH가 7.
- 2b). 세 번의 시험 결과를 이용하여 산출된 EC50는 pH 6.2(pCOz로는 6.1 kPa) 로발광미생물에 비해 상대적으로 민감한 것으로 나타났다. 하지만 염산으로 산성화한 해수에서는 유의할만한 사망률이 관찰되지 않았다.
- 이와 별도로 염산으로 pH가 4-8의 범위를 갖도록 산성화된 해수에서도 단각류를 동일한 방법으로 배양하였다. 시험 결과 단각류는 1회 실험에서 5.11 이하의 pH를 갖는 해수에서 모든 개체가 사망하였고, 2회 실험에서 pH 6.4(pCC)2로는 3.5 kPa) 이하에서 사망률이 크게 증가하기 시작하였으며, 3회 실험에서는 pH 6.03부터 사망률이 증가하기 시작하였다(Fig. 2b). 세 번의 시험 결과를 이용하여 산출된 EC50는 pH 6.
- 0의 범위가 되도록 산성화한 다음 같은 방법으로 미생물을 30분간 배양한 다음 발광도를 비교하였다. 시험결과 발광미생물의 상대발광도는 pH 6.2-8.0 범위에서는 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 하지만 해수의 pH가 5.
- [2006]). 실험결과 동일한 조건에서 심층종이 표층종에 비해 CO2에 보다 더 둔감한 것으로 나타났다. 또한 적도에 가까운 정점보다 극에 가까운 정점에서 채취한 요각류가 더 둔감한 것으로 나타났다.
- 생존율은 CCb 농도가 10000 ppm인 경우 유의한 영향이 있었고, 생식율은 5000 ppm에서도 유의한 영향이 나타났지만, 2000 ppm 하에서 배양한 경우에는 유의한 영향이 나타나지 않았다. 유사한 방법2로 이매패류인 Mytilus ediilis를 크기별로 두 그룹으로 나누어 23일간 배양한 다음 성장률을 비교한 실험에서, 두 크기그룹 모두 pH가 7.4 이상인경우에는 대조구와 유의한 성장의 차이가 없었으나, pH가 7.1 과 6.7에서는 모두 유의한 성장률의 차이가 관찰되었다.
- 8)에서도 유생의 크기 및 형태에 대한 영향이 관찰되었다(Kurihara & Shirayama[2004]). 이 연구에서는 CO2와 염산을 이용하여 개별적으로 해수를 산성화한 다음 실험에 이용하였는데, 산성화 방법과 관계없이 동일한 pH 수준에서는 유사한 수준의 저해가 나타났다. 따라서, 성게의 수정률과 유생성장률은 CO2에 의한 산성화(pH 감소)가 유생발생 저해의 직접적인 원인임을 알 수 있었다.
후속연구
- 뿐만 아니라 이들 생물에 의한 광합성량 및 CaCQ, 생산량 감소가 탄소나 다른 물질의 해양의 생지 화학적 순환과정에 미치는 영향에 대한 이해도 충분하지 않다. 더불어 정확한 미래의 해양생태계 변화에 대한 예측을 위해서는 온실가스의 증가가 불러올 대기 및 해수 온도의 상승 등 다른 물리 화학적 조건의 변화와 함께 용존 C6 및 탄산염 농도의 변화가 불러올 제반 생물학적 변화(생리생화학적, 유전학적, 그리고 생태학적 변화)에 대한 보다 체계적인 연구와 이해가 요구된다(C6와 탄산염변화에 따른 생태계 영향에 관한 보다 심도 있는 리뷰와 논의는 Feely et al 2004]와 Orr et al 2OO5]를 참조).
- 특히 해양의 심층부, 즉 심해에는 저온과 고압의 물리적 조건에적응되어 있는, 표층 해수와는 전혀 다른 특성의 심해생물들이 독특한 구조의 생태계를 구성하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서향후 포집된 CO의 심층 해양 처리를 위해서는 예상되는 심해생물에 대한 피해를 정확하게 파악하고 정량적으로 평가할 수 있는기법의 개발이 필요할 것이다(Kita & Ohsumi[2004]).
- 효과적일 것이다(IPCC[2005]). 또한 대기중 CO2 농도의 저감또는 완화는 표층 해수의 산성화 및 용존 C6 증가에 따른 피해를 줄이는 데 일조할 수 있을 것이다. 하지만 반면에 해양의 심층부에 직접 투기된 액화 CO2는 확산되는 과정에서 용존 CO2 농도를 증가시켜 주변 해수를 산성화하게 되어 이에 따른 생물 피해를 예상할 수 있다(Brewer et a/.
- 또한 적도에 가까운 정점보다 극에 가까운 정점에서 채취한 요각류가 더 둔감한 것으로 나타났다. 이 연구는 비록 고압 탱크는 쓰지 않았지만, 자연적으로 용존 CO2의 농도가 높은 극지방 부근 또는 심층에 서식하는 요각류는 CO2의 증가에 대한 내성이 상대적으로 높음을 보여준 거의 유일한 연구로서 , 이 연구의 결과들은 기존의 가정들' - 심해생물이 표층수의 생물보다 pH 변화 등 환경적 변화에 더 민감할 것임(e.g. Seibel and Walsh[2001])- 정면으로 위배되는 것으로 추가적인 연구가 기대된다.
- 이를 위해서는 C02 농도를 비롯한 해수의 물리화학적 조건에 따라 나타날 수 있는 생물영향에 대한 실험 연구가 충분히 수행되어야 하며, 심해환경을 재현하거나 직접 현장 조건에서 다양한 생리독성학적 평가를 실시하여야 한다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 고농도의 coQ] 노출된 해양생물들의 반응 및 생태계영향을 정량적으로 예측할 수 있는 위해성 모델의 개발이 가능할 것이다(Auerbach et a시]997]; Kita and Ohsumi [2004]).
- [1997] 을 참조하면 된다. 하지만 실제 생물들이 실제 경험하는 노 줄은 단일 펄스 노출 (single pulse exposure) 또는 다중펄스노줄 (multiple pulse exposure) 시나리오에 따라 해석될 필요가 있는데 아직까지이산화탄소에 대해서는 충분한 실험적 연구결과가 없어 현실적으로 적용가능한 위해성 모델이 개발될 필요성이 있다.
- 하지만 저해영향이 나타나는 농도수준은 대기중 CO2 증가에 의해서는 현실적으로 나타나기 어려운 수준으로 파악되며, CO2를 심해에투기되는 조건에서는 투기지점 부근에 제한적인 시공간적 범위에서는 존재할 수 있는 농도 수준으로 볼 수 있다. 하지만 정확한 피해를 예측하기 위해서는 투기방법(e.g. 확산, 저류, 매립 등) 별로해양으로 유입 된 액화 CO2의 깊이별 물성 변화와 이동확산에 대한 정확한 예측 모델이 먼저 개발될 필요가 있다.
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